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“先进钢铁流程及材料”国家重点实验室中试基地建设立项报告
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目录
项目摘要 (1)
第一章中试基地建设意义和必要性 (4)
1.1 钢铁工业可持续发展面临的压力 (4)
1.2 熔融还原工艺是节能减排的重要措施 (6)
1.3中试基地是创新性科研成果转化的重要平台 (7)
第二章技术现状和发展趋势 (9)
2.1 国家开发熔融还原的历史和现状分析 (9)
2.2 我国熔融还原工艺的开发状况 (15)
2.3 国内外技术发展趋势 (21)
第三章中试基地主要方向、任务与目标 (24)
3.1 中试基地的主要发展方向 (24)
3.2 中试基地的主要功能与任务 (25)
3.3 中试基地主要技术突破方向 (26)
3.4 中试基地的近期和中期目标 (27)
第四章组织机构、管理与运行机制 (28)
4.1 建设项目法人单位概况 (29)
4.1.1 有限责任公司 (29)
4.1.2 钢铁研究总院 (31)
4.2 国家工程实验室的机构设置与职责 (32)
4.3 运行和管理机制 (35)
第五章中试基地的建设方案 (36)
5.1 半工业试验的工艺流程 (36)
5.2 建设方案和建设内容 (38)
5.2.1 原燃辅料供、配系统 (38)
5.2.2炉顶装料及煤气除尘系统 (38)
5.2.3 炉体系统 (39)
5.2.4 渣铁系统 (40)
5.2.5 氧煤粉喷吹 (40)
5.2.6 热力设施 (41)
5.2.7给排水设施 (42)
5.2.8 化学消防设施 (44)
5.2.9 通风除尘设施 (45)
5.2.10 供配电设施 (47)
5.2.11 自动化仪表 (48)
5.2.12 总图运输 (53)
5.2.13土建工程 (54)
5.3 投资概算 (56)
5.4 计划进度 (57)
5.4.1 设计阶段 (57)
5.4.2 施工阶段 (57)
5.5 建设地点 (58)
5.6 项目招标内容 (58)
第六章环境保护 (61)
6.1 设计依据及采用的标准 (61)
6.2 建设项目所在地区的环境状况 (61)
6.3 气候条件 (62)
6.4 拟建项目概况 (62)
6.5 主要污染源、污染物及其控制措施 (63)
6.5.1 主要污染源及污染物 (63)
6.5.2 污染控制措施 (63)
6.6 厂区绿化 (66)
6.7 环境检测和环保管理机构 (66)
6.8 环境影响分析 (66)
6.9 环保投资 (67)
第七章劳动安全卫生与安全 (67)
7.1 劳动安全与工业卫生 (67)
7.1.1 设计依据 (67)
7.1.2自然灾害因素分析及防范措施 (68)
7.1.3 试验过程中职业危险、危害因素分析及防范措施 (70)
7.1.4 医疗保健及生活福利设施 (75)
7.1.5 完全卫生机构、教育与检测 (75)
7.1.6 安全与工业卫生预期效果 (76)
7.2 消防 (76)
7.2.1 设计依据 (76)
7.2.2 设计原则 (77)
7.2.3 工程火灾因素分析 (77)
7.2.4 设计采取的防范措施 (78)
第八章经济和社会效益分析 (81)
8.1 经济效益分析 (81)
8.2 社会效益分析 (82)
项目摘要
１、项目提出的背景
国家科学技术部于2005年批准以钢铁研究总院为依托单位建立“先进钢铁流程及材料”国家重点实验室，这也是国家科技部首次批准在产业研究院建立国家重点实验室的试点.
实验室阶段的建设已于２００６年１０完成，并陆续开展了炼铁新工艺、冶金渣干法粒化与余热回收、冶金煤气新型干法除尘技术等一系列节能减排课题的实验室研究，在关键的理论和技术方面取得了重大突破。急需做进一步的放大和技术集成的试验，尽快将实验室研究成果工程化，进行推广应用。
因此，钢铁研究总院与有限责任公司经过多次友好协商，达成了双方共建“先进钢铁流程及材料”国家重点实验室中试基地的协议。有限责任公司具有使用研究成果的优先权，推广研究成果的利益双方共享。
２、中试基地建设的主要内容和规模
熔融还原炼铁新工艺、冶金渣干法粒化与余热回收、高效长寿集
约型新式冶金煤气干法除尘技术等已被列为国家科技部重点支撑计划项目的重大课题。这些课题的研究与开发对于我国钢铁生产节约焦煤资源、降低能耗和减少新水消耗都具有重大的现实和长远意义。中试基地将采用集成式设计和建设方案，在一条半工业试验线上，同时可以开发多项冶金新工艺和新技术，实现试验装置的多功能化。拟建的中试基地将主要具有如下功能：
（１）开发高效二步熔融还原非焦煤炼铁新工艺，验证该工艺的技术经济可行性；
（２）开发高效纯氧一步熔融还原炼铁新工艺，验证该工艺的技术经济的可行性；
（３）开发冶金渣干法粒化与余热回收技术，实现工程化；
（４）开发高效长寿集约型新式冶金煤气干法除尘技术，实现工程化。
中试基地的建设以纯氧非焦煤熔融还原炼铁新工艺的半工业试验装置为纽带，将在半工业试验线中融入冶金渣干法粒化与余热回收、高效长寿集约型新式冶金煤气干法除尘技术。建设的主要内容包括以下几部分：
（１）原燃料储运系统；
（２）氧煤喷吹系统；
（３）熔融还原装置的本体系统；
（４）熔融还原煤气的除尘处理系统（包括新型干法除尘）；
（５）熔融还原的渣铁处理系统（包括冶金渣干法粒化与余热回收）；
（６）中试基地的公辅设施。
熔融还原半工业试验线的规模为每小时产3吨铁水。
３、建设地点及用地、建设资金
中试基地拟建于优先责任公司的炼铁区段内，位于铸铁车间的西侧。建设占地面积约38×28米。
工程投资范围包括原燃料储运、高炉本体及框架、喷吹站、煤气除尘、焦炉煤气预热、出铁场除尘、渣铁处理系统等。工程概算总投资648万。
按费用划分：
建筑工程：120
安装工程：50
设备：438（工艺：336，仪表：94，电气：8）
其它：40
第一章中试基地建设意义和必要性
1.1 钢铁工业可持续发展面临的压力
到2010年，我国单位GDP能耗比“十五”期末降低20%左右，污染物排放总量减少10%，单位工业增加值用水量降低30%，都是必须完成的约束性指标。
钢铁行业是资源、能源、新水资源消耗的大户，同时也是污染物排放的大户。近几年我国钢铁工业的迅速发展加剧了国内能源、资源紧张，并造成了严重的环境污染。钢铁工业总能耗约占全国的15%，二氧化硫排放量占全国的6.6%，耗水量占工业总量的14%。我国吨钢能耗和吨钢排放量比发达国家分别高80-100kgce和15-20%，二次资源和二次能源循环使用率平均比发达国家低20%以上。钢铁工业能否
进一步降低生产能耗和减少污染物排放量对我国能否实现总体节能减排目标的影响是十分巨大的，也直接影响到我国钢铁工业能否可持续发展。
为此，国家发改委与钢铁协会根据我国钢铁工业的能耗和排放现状，联合制订了中长期的节能减排目标，即，2010年使我国重点大中型钢铁企业的吨钢综合能耗、可比能耗分别降低到730kgce/t、685kgce/t，吨钢新水耗量7M3/t以下；2020年分别达到700kgce/t、640kgce/t和5M3/t以下；资源循环利用率提高15%；力求2010年，重点大中型钢铁企业吨钢CO2排放量小于1900kg/t，其它钢铁企业吨钢CO2排放量小于2000kg/t；吨钢SO2排放量，重点大中型钢铁企业小于2kg/t，其它小于3kg/t。若采用烟气脱硫处理，则吨钢SO2将降到1.5kg/t以下。
对于实现上述目标，钢铁工业面临巨大的压力，但同时也为开发钢铁生产新工艺和节能、减排新技术提供了前所未有的机遇。
1.2熔融还原工艺是节能减排的重要措施
我国的钢铁生产主要是以高炉-转炉流程为主，即以矿石为原料，要经过选矿、烧结、高炉炼铁、转炉、精练、连铸和轧钢等一系列工序，才能最终生产出产品。而使用的主要能源是炼焦煤，必须要经过选煤、洗煤、配煤和炼焦等工序，才能生产出符合高炉炼铁要求的焦炭。尽管高炉-转炉生产工艺几近完善，但流程长、必须依赖焦煤资源、污染物排放大是其致命的弱点，这已经成为我国钢铁工业可持续发展的瓶颈，而且日益凸显。
解决我国钢铁生产能耗高和环境负荷大的重要措施之一就是从根本上改变传统的高炉炼铁方式，摆脱或减少对焦煤的依赖，取消焦化和烧结工序。
熔融还原炼铁技术正是这样一种能够从根本上改变传统炼铁工艺的炼铁新技术。在理论上熔融还原炼铁工艺可以实现理论最低碳耗、完全摆脱对焦煤的依赖、取消焦化和造块工序，简化工艺流程，过程污染物排放量最低。
目前世界上已经工业化的熔融还原技术，如COREX和FINEX，虽然还没有实现理论目标，但已经显现出比传统高炉炼铁流程的巨大优势，基本摆脱了对焦煤的依赖、取消了焦化和烧结工序，简化了工艺
流程，大幅度减少了污染物的排放。COREX每吨铁仅用50~100kg焦丁，原料以球团和块矿为主。由于取消了焦化和烧结工序，污染物排放量大幅度降低。SO2、NOx和烟尘的排放量仅为传统炼铁流程的5%、8%和14%。
我国钢铁工业正处在一个非常关键的发展时期，《国家中长期科学与技术发展规划纲要》中已经明确指出，今后钢铁工业的重点是研究开发以熔融还原和资源优化利用为基础，集产品制造、能源转换和社会废弃物再资源化三大功能于一体的新一代可循环钢铁流程，作为循环经济的典型示范。因此，开发熔融还原技术将是我国钢铁工业非常紧迫的现实任务和长期的发展趋势。
有限责任公司是一家具有300万吨生产规模的国有控股的联合钢铁企业。但由于没有自己的焦化厂，长期以来依赖外购焦炭，制约了企业的可持续发展。所以，熔融还原工艺尤其适合该公司的实际生产状况。
1.3中试基地是创新性科研成果转化的重要平台
“九五”期间在国家科技部（原科委）的支持下，启动了国家攀登计划项目“熔融还原技术基础研究”。原冶金部组织了全国熔融还
原专家，实行举国体制，开展了这项技术的开发研究。专家组在认真总结国外熔融还原开发的经验教训和我国过去的体会，提出了具有自主知识产权的煤氧熔融还原炼铁技术，并制定了研究开发方案。1995~1998年开展了单元技术的实验室研究。1999年在总结单元技术研究成果的基础上，开展了半工业试验的研究。在当时的承德冶金部试验厂建成了2T/h的半工业联动热态试验装置，先后进行了两次试验，突破了一些关键技术难题，取得了阶段性成果，在某些技术指标上达到了当时的世界领先水平。但由于该项技术在开发阶段完全依靠政府财政支持，企业界受当时经济条件的限制，认为投资风险较大，未作为投资主体全面介入。因此，当时建设的半工业试验装置规模偏小，功能不配套，试验设备简单，一些关键设备的可靠性较差，试验中由于非技术原因而中断运行的现象比较普遍。又由于没有后续资金支持，深入开发工作被迫中止，造成我国该项重要技术的产业化进程拖后，丧失了与国外技术同步开发的良好机会，拉大了与国外同类技术的差距，与我国目前钢铁大国的地位很不相称。
“先进钢铁流程及材料”国家重点实验室认真总结了“九五”攀登计划项目的经验教训，进一步完善了工艺方案，在实验室对关键的技术难点进行了基础性研究。但如果没有中试基地，进一步做放大的
半工业试验，就很难将实现工程化和产业化。只有建立中试基地，集中科研院所和企业的人力、物力和技术和软硬件资源，充分发挥各自的优势，建立产学研结合的研发队伍，以企业创新为主体，共同开发我国自主知识产权的熔融还原工艺，才能使实验室的成果真正实现工程化和产业化。最终实现熔融还原工艺替代传统的高炉炼铁工艺，取消焦化和烧结工序，缩短和简化工艺流程，大幅度降低能耗和减少污染物的排放。并实现集成创新，促进钢厂生产流程的整体结构优化，提升钢铁行业自主研发能力和技术创新能力。
通过中试基地的建设和技术辐射，起到以点带面的作用，加速21世纪我国自主知识产权的熔融还原炼铁新工艺的推广应用，实现钢铁行业可持续发展，为实现“十一五”节能减排目标和2020年我国实现人均GDP翻两番提供支撑条件。
第二章技术现状和发展趋势
2.1 国家开发熔融还原的历史和现状分析
上世纪80年代，德国、日本、美国、澳大利亚、荷兰、奥地利
以及前苏联等国为谋求技术垄断地位，抢占21世纪钢铁工业技术制高点，相继投入大量人力、物力和财力，在国际上掀起开发煤基熔融还原炼铁新工艺的浪潮。
（1）工业化的COREX工艺
迄今为止，可以商业化生产的熔融还原只有COREX，上世纪70年代末形成该工艺的概念流程，由德国Korf公司和奥钢联（VAI）合作开发，1981年在德国克尔(Kehl/Rhine)建成了年产6万吨铁水的半工业性试验装置(即KR法)，先后进行了6000小时的各种试验，证明了工艺的可行性。1985年4 VAI与南非依斯科尔公司签约决定在Pretoria厂建造一座C-1000型的COREX装置，年产铁水30万吨，1989年11 10日正式投产。这是世界上第一套COREX熔融还原生产装置。经过约一年半实践，生产渐趋稳定，从1991年3 起已经可以高于设计能力10%稳定地运行。接着这一技术在世界上进一步推广：第二套C-2000型COREX装置（见图2-1和图2-2）于1995年11 在韩国浦项（POSCO）建成投产；第三套C-2000型于1998年12 在南非萨尔达纳建成投产；第四、第五套C-2000型分别于1999年8 和2001年4 在印度京德尔公司建成投产。目前，除了第一套C-1000因原料运输成本过高而关闭外，其余4套C-2000型COREX装置都在生
产运行中。
2005年宝钢向奥钢联引进COREX 技术并进一步扩容为C-3000，将其设计产能从80万吨扩大到150万吨/年，计划2007年10 出铁，这将是世界上第一座大型的COREX 炼铁炉。
COREX 技术发展至今移植大型高炉的成熟技术逐渐增多，如耐材图2-1 COREX 熔融还原工艺流程 图2-2 COREX C －2000外景